KR20130092887A - 영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기 - Google Patents

영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구자석 모터의 회전자 구조 및 이를 이용한 세탁기에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 영구자석 모터의 고정자 외경에 대한 회전자 외경의 비를 최적화하여 정해진 사이즈 내에서 최대의 토크 효율을 낼 수 있도록 하며, 회전자 티스의 티스확장자 높이, 인접한 티스확장자 간의 거리, 회전자티스의 전기각 및 티스확장부의 직선부 각도를 조절하여 코깅토크와 토크리플을 최소화하여 진동 및 소음을 개선하는 영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 고정자티스와 고정자슬롯을 포함하고 권선이 감겨 고정 설치되는 고정자; 회전자티스, 영구자석 및 부싱을 포함하고 상기 고정자 내주와 이격 설치되어 자력에 의해 로터축을 중심으로 회전 가동하는 회전자;를 포함하고, 상기 고정자의 외경과 상기 회전자의 외경 비는 0.7 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터를 제공한다.

Description

영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기 {A PERMANENT MAGNETIC MOTOR AND A WASHING MASHINE THEREOF}
본 발명은 영구자석 모터의 회전자 구조 및 이를 이용한 세탁기에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 영구자석 모터의 고정자 외경에 대한 회전자 외경의 비를 최적화하여 정해진 사이즈 내에서 최대의 토크 효율을 낼 수 있도록 하며, 회전자 티스의 티스확장자 높이, 인접한 티스확장자 간의 거리, 회전자티스의 전기각 및 티스확장부의 직선부 각도를 조절하여 코깅토크와 토크리플을 최소화하여 진동 및 소음을 개선하는 영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기에 관한 것이다.
일반적으로 세탁기는 세제와 세탁수 및 세탁 대상물이 드럼 내에 투입된 상태에서, 구동모터의 구동력을 전달받아 회전하는 드럼과 세탁물의 마찰력 등의 기계적인 힘을 이용하여 드럼 내의 세탁 대상물을 강제적으로 유동시킨다. 그에 따라 세탁 대상물이 마찰 또는 충격과 같은 물리적 작용을 받아 세탁이 이루어지도록 한다. 또한 세제를 세탁 대상물에 접촉시켜 화학적인 작용에 의해 세탁이 이루어지도록 한다. 나아가, 세탁 대상물의 드럼 내부에서의 유동에 의해 세제의 화학적 작용이 촉진되도록 한다.
최근 많이 사용되는 드럼 세탁기는 드럼의 회전축이 수평방향으로 형성되어 있다. 물론 드럼의 회전축을 수평방향에 대해 소정의 각도를 주는 경우도 있다. 이러한 회전축이 수평방향인 드럼 세탁기는 세탁대상물이 드럼의 내주면을 따라 원주방향으로 유동이 이루어지도록 한다.
이에 상기 세탁기는 통상적으로 영구자석에 의한 회전자 구조를 가지는 구동모터에 의해 상기 회전축이 작동하도록 한다.
영구자석 모터는 통상적으로 고정자와 회전자로 구성되며, 고정자는 권선되어 회전자 외곽에 고정되어 설치된다. 그리고 회전자는 원형으로 이루어져 있고 다수의 영구자석이 환형으로 다수 개 규칙적으로 배열되어 있으며, 상기 영구자석 사이에는 영구자석을 고정시키고, 상기 고정자와 자속을 형성하여 회전력을 갖도록 하는 회전자티스가 배열된다.
이러한 상기 영구자석을 이용한 모터의 회전자구조는 통상적으로 회전력을 향상시키기 위해 영구자석의 자력 및 코일에 흐르는 전류를 강하게 하여 회전력을 크게 할 수 있다. 그러나, 이러한 영구자석 모터의 회전력 향상을 위해 전류나 코일의 감긴 횟수 등을 크게 하는 것을 한정적이므로 회전자의 토크 향상을 위한 회전자구조를 개선할 필요가 있게 된다.
또한, 상기 회전자티스 사이의 영구자석과 고정자에 권선된 코일의 전류에 의해 회전하게 되는데, 상기 영구자석과 회전자티스들 사이의 이격으로 인하여 회전자의 회전시 코깅토크(Cogging Torque)와 토크리플(Torque Ripple)이 발생하게 된다. 이에 따라 코깅토크(Cogging Torque) 및 토크리플(Torque Ripple)을 최소화하여 영구자석 모터의 효율성을 극대화시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 영구자석 모터의 고정자 외경에 대한 회전자 외경의 비를 최적화하여 정해진 사이즈 내에서 최대의 토크 효율을 낼 수 있도록 하며, 회전자 티스의 티스확장자 높이, 인접한 티스확장자 간의 거리, 회전자티스의 전기각 및 티스확장부의 직선부 각도를 조절하여 코깅토크와 토크리플을 최소화하여 진동 및 소음을 개선하여 영구자석 모터의 효율성을 극대화시키는 것이다.
본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 바람직한 양태로써 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 것이다. 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 기술적인 구성을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 고정자티스와 고정자슬롯을 포함하고 권선이 감겨 고정 설치되는 고정자; 회전자티스, 영구자석 및 부싱을 포함하고 상기 고정자 내주와 이격 설치되어 자력에 의해 로터축을 중심으로 회전 가동하는 회전자;를 포함하고, 상기 고정자의 외경과 상기 회전자의 외경 비는 0.7 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터를 제공한다.
또한, 상기 회전자티스는 회전자 외경 측부에서 좌우로 측방향 돌출 형성된 티스확장부를 포함하고, 상기 티스확장부 끝단의 높이가 0.3mm 이하이고, 인접하는 회전자티스의 티스확장부 간의 이격거리(DW)가 5.5mm 내지 6.5mm 인 것을 특징으로 한다.
이에 더하여, 상기 회전자티스의 외경단부는, 회전자티스의 전기각이 60도로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 회전자티스는, 티스확장부의 외주는 확장직선부를 형성하고, 상기 확장직선부와 티스확장자의 단부에서 회전자의 코어 중심으로의 직선 사이의 각도가 90도 내지 100도로 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 외관을 형성하는 본체; 상기 본체 내부에 구비되는 터브; 상기 터브 내부에 회전 가능하게 장착되는 메인 드럼; 상기 메인 드럼과 상대회전 가능하게 상기 메인 드럼 내부에 장착되는 서브 드럼; 상기 메인 드럼에 연결되는 중공형 아우터 샤프트; 상기 아우터 샤프트의 내부에서 상기 서브 드럼에 연결되는 이너 샤프트; 및 아우터 로터와 이너 로터를 포함하는 구동모터;를 포함하는 세탁기에 있어서, 상기 구동모터는, 고정자티스에 권선이 감겨 고정 설치되는 고정자;와 회전자티스 및 영구자석을 포함하여 상기 고정자 내주와 이격 설치되어 자력에 의해 로터축을 중심으로 회전 가동하는 회전자(로터);를 포함하고, 상기 고정자의 외경과 상기 회전자의 외경 비는 0.7 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 회전자 구조를 가지는 세탁기를 제공한다.
그리고, 이에 더하여 상기 회전자티스는 회전자 외경 측부에서 좌우로 측방향 돌출 형성된 티스확장부를 포함하고, 상기 티스확장부 끝단의 높이가 0.3mm 이하이고, 인접하는 회전자티스의 티스확장부 간의 이격거리(DW)가 5.5mm 내지 6.5mm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 회전자티스는, 티스확장부의 외주는 확장직선부를 형성하고, 상기 확장직선부와 티스확장자의 단부에서 회전자의 코어 중심으로의 직선 사이의 각도가 90도 내지 100도로 형성한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전술한 과제 해결 수단 및 후술할 구성과 결합, 작동관계에 의해서 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은, 영구자석 모터의 고정자 외경에 대한 회전자 외경의 비를 최적화하여 정해진 사이즈 내에서 최대의 토크 효율을 낼 수 있도록 함으로써 영구자석 모터의 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 또한, 영구자석 모터에 있어서 회전자 티스의 티스확장자 높이, 인접한 티스확장자 간의 거리, 회전자티스의 전기각 및 티스확장부의 직선부 각도를 조절하여 코깅토크와 토크리플을 최소화하여 진동 및 소음을 개선하고, 안정된 모터의 회전가동을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 영구자석 모터에서 고정자 외경과 회전자 외경을 도시한 도면.
도 2는 상기 고정자 외경과 회전자 외경의 비가 0.7 내지 0.8에서의 토크를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 회전자 티스의 티스확장자의 치수를 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 회전자티스의 티스확장자의 간격조정을 통한 코깅토크와 토크리플의 최소화를 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 회전자티스와 티스확장자의 직선부 사이의 각도를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 회전자 구조를 채용한 듀얼모터 세탁기를 도시한 도면.
이하에서는 본 발명에 따른 영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서는 도 1 내 도 8을 참조하여 본 발명의 영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 영구자석 모터에서 고정자 외경과 회전자 외경을 도시한 도면이고, 도 2는 상기 고정자 외경과 회전자 외경의 비가 0.7 내지 0.8에서의 토크를 도시한 그래프이며, 도 3은 본 발명의 회전자 티스의 티스확장자의 치수를 도시한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 회전자티스의 티스확장자의 간격조정을 통한 코깅토크와 토크리플의 최소화를 도시한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 회전자티스와 티스확장자의 직선부 사이의 각도를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 회전자 구조를 채용한 듀얼모터 세탁기를 도시한 도면이다.
본 발명의 영구자석 모터는, 도 1에서 보는 바와 같이 고정자(20)는 코어 중심방향으로 돌출된 고정자티스(21)와 상기 고정자티스(21) 사이에 형성되는 고정자슬롯(23)을 포함하고, 환형으로 이루어져 있다. 상기 고정자(20)의 내주면에는 회전자(10)가 이격되어 설치되며, 역시 환형으로 형성된다. 상기 고정자티스(21)에는 코일(C)이 감겨있는데, 상기 코일(C)에는 전류가 흘러 유도 기전력을 발생시킨다.
이에 상기 회전자(10)는 다수의 회전자티스(100)가 환형으로 일정간격으로 반복적으로 배열되고 그 사이에는 영구자석(M)이 규칙적으로 설치된다. 이와 같이 설치된 상기 회전자티스(100)는 부싱(40)에 의해 로터축(30)에 일체화되어 장착된다. 이에 상기 부싱(40)과 회전자티스(100)의 일체화 결합은 회전자티스(100)에서 부싱(40) 측에 형성된 함몰홈에 부싱 사출물이 관입됨으로써 회전자티스(100)와 부싱(40)이 일체로 고정 설치된다.
상기 고정자(20)와 상기 회전자(10)는 서로 이격된 동심원으로 존재하며 고정자티스(21)에 권선된 코일(C)에 흐르는 전류와 회전자티스(100) 사이에 장착된 마그네틱(영구자석, M)의 자력에 의해 회전자가 회전하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 고정자티스(21)와 고정자슬롯(23)을 포함하고 코일(C)이 감겨 고정 설치되는 고정자(20); 회전자티스(100), 영구자석(M) 및 부싱(40)을 포함하고 상기 고정자(20) 내주와 이격 설치되어 자력에 의해 로터축(30)을 중심으로 회전 가동하는 회전자(10);를 포함하고, 상기 고정자(20)의 외경(Ds)과 상기 회전자(10)의 외경(Dr) 비는 0.7 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터를 제공한다.
일반적으로 영구자석 모터에서 회전자(로터)의 회전력인 토크는 다음과 같은 수식에 의해 산정된다.
Figure pat00001
T : 토크, k : 상수, Lst : 티스 적층높이,
Nph : 코일의 권선턴수, Rro : 회전자(로터) 외경 (= Dr),
Bg : 영구자석의 자속밀도, I : 코일에 흐르는 전류
상기 [수학식 1]에 따르면 로터 회전력인 토크(T)는 고정자티스 및 회전자티스의 적층두께(Lst) 및 코일의 권선턴수(Nph)에 비례한다. 즉 고정자티스의 적층높이(Lst)가 커지면 코일이 권선되는 양이 많아지게 되고, 권선턴수(Nph)가 커지면 또한 코일이 권선되는 양이 많아지게 된다. 이는 코일에 흐르는 전류의 양이 많아져 결국 전류의 세기가 커지게 되므로 토크(T)를 크게 할 수 있으므로 비례하게 된다.
결국, 전체적으로 고정자티스의 외주에서 코일에 흐르는 전류의 세기에 따라 비례하여 회전자 토크(T)는 커지게 되므로, 코일에 흐르는 전류(I), 티스적층높이(Lst), 코일의 권선턴수(Nph)는 전류의 세기를 크게 하는 인자로써 작용한다.
회전자에 설치된 영구자석의 자속밀도(Bg) 세기와 회전자(로터)의 외경(Rro = Dr)에 따라 영구자석(마그네틱, M)의 자력이 비례하여 커진다. 따라서, 상기 회전자(로터)의 외경(Rro = Dr) 및 영구자석의 자속밀도(Bg)에 비례하여 회전자의 토크(T)는 커지게 된다.
여기서, 티스 적층높이(Lst), 영구자석의 자속밀도(Bg) 및 코일에 흐르는 전류(I) 값을 일정하게 정해놓은 후 토크(T)의 세기를 향상시킬 수 있는 인자를 살펴보면, 코일의 권선턴수(Nph)와 회전자(로터)의 외경(Rro = Dr)이다.
일반적으로 세탁기에 채용되는 영구자석 모터의 크기는 한정되어 있으므로 티스의 적층두께(Lst) 및 고정자(20)의 외경(Ds)은 어느 정도 한정되어 있다고 판단한다. 그리고, 영구자석의 자속밀도(Bg) 및 전류의 세기(I) 또한 외부에서 임의로 조작하여 입력할 수 있는 값이므로 본 발명의 영구자석 모터의 설계에 있어 설정할 수 있는 인자에서 제외시킨다.
따라서, 코일의 권선턴수(Bph) 및 회전자(로터)의 외경(Rro = Dr)에 의해 토크(T)의 크기가 결정될 수 있다.
여기서, 상기 코일의 권선턴수(Bph)는 도 1에 도시된 고정자티스(21)의 길이에 비례하는데, 이는 고정자 외경(Ds)과 회전자외경(Dr)의 비(Dr/Ds)에 의해 결정된다.
도 2는 상기 고정자 외경(Ds)과 회전자 외경(Dr)의 비인 Ds/Dr 값에 따른 모터의 토크값(N.m)을 코일에 흐르는 전류값을 3가지로 하여 나타낸 그래프이다. 이에 따르면, 본 발명의 영역인 Ds/Dr 값이 0.7에서 0.89일 때 가장 큰 토크값을 가지게 된다.
따라서, 본 발명은 고정자 외경에 대한 회전자 외경의 비를 0.7 내지 0.8로 유지하여 본 발명의 영구자석 모터의 회전력을 극대화시키도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 회전자티스(100)는 회전자 외경 측부에서 좌우로 측방향 돌출 형성된 티스확장부(110)를 포함하고, 상기 티스확장부(110) 끝단의 높이(DH)가 0.3mm 이하이고, 인접하는 회전자티스(100)의 티스확장부(110) 간의 이격거리(DW)가 5.5mm 내지 6.5mm 인 것을 특징으로 한다.
이에 더하여, 본 발명의 회전자티스(100) 외경단부는, 회전자티스(100)의 전기각(Arc Angle, A1)이 60도로 형성되는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 회전자티스(100)는 외경 측에서 좌우로 돌출 확장된 티스확장부(110)가 형성되어 있다. 상기 티스확장부(110)는 상면이 직선부(113)를 형성하고 있고, 상기 직선부(113)는 회전자티스(100)의 중앙부 상면(103)과 코어중심부 쪽으로 절곡되어 형성된다.
여기서 상기 회전자티스(100)의 중앙부 상면(103)의 각도는 전기각(A1, Arc Angle)으로써 60도 정도를 유지하도록 함이 코깅토크 및 토크리플을 최소화하는 가장 적정하다.
그리고, 도 3에서 보는 바와 같이 티스확장자(110) 측단부의 높이(두께, DH)는 작을수록 코깅토크 및 토크리플을 감소시킬 수 있으나, 가공을 위한 최저값으로 0.3mm 이하로 형성하도록 한다.
도 4 및 도 5는 상기 도 3에 도시된 회전자티스(100)에서 인접하는 회전자티스(100) 간의 티스확장부(110) 사이의 이격거리(DW)에 따른 코깅토크 및 토크리플 값을 도시한 그래프이다.
이에 도 4를 참조하면, 인접한 티스확장자 간 거리(DW)가 1.0mm 이하이거나, 5.5mm 내지 6.5mm 일 때 가장 작은 코깅토크 값(빗금쳐진 부위)을 가지게 됨을 확인할 수 있다.
이와 아울러 도 5에 도시된 바와 같이, 토크리플(Torque Ripple) 값도 DW 값이 1.0 이하일 경우 가장 작은 값을 가지게 되고, DW 값이 점차 증가하다가 5.0 내지 6.5 일 때 감소되는 경향을 가진다.
따라서, 회전자티스에서 인접한 티스확장자 간 거리(DW)를 1.0mm 이하로 함이 가장 바람직하나, 실질적으로 모터를 설계하여 제작시 이는 매우 어려우므로 5.5mm 내지 6.5mm 의 값으로 설계하여 모터를 제작하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 회전자티스(100)는, 티스확장부(110)의 외주는 확장직선부(113)를 형성하고, 상기 확장직선부(113)와 티스확장자의 단부에서 회전자의 코어 중심으로의 직선 사이의 각도가 90도 내지 100도로 형성도록 한다.
도 6(A2= 90도) 및 도 7(A2= 95도)에서 볼 수 있듯이, 상기 확장직선부(113)와 티스확장부의 측단부에서 코어중심축으로 이은 직선 사이의 각도(A2)는 다양하게 형성될 수 있다. 이에 상기 "A2"의 각도가 90도 내지 100도 사이로 형성될 때 코깅토크 및 토크리플을 최소화할 수 있게 된다.
통상적으로 상기 티스확장부(110)가 고정자(20)의 내경에서 얼마나 코어 중심측으로 절곡되어 있느냐에 따라 코깅토크 내지 토크리플이 발생되는 경향이 달라진다.
즉, 상기 티스확장부(110)가 거의 절곡되지 않고 고정자(20)의 내경과 평행하게 되는 경우 자속누설을 방지하여 코깅토크는 감소시킬 수 있을지 모르나 토크리플이 발생하여 진동 및 소음의 저감을 도모하기 어렵게 된다.
또한, 반대로 상기 티스확장부(110)가 코어중심측으로 과도하게 절곡되는 경우, 토크리플을 감소시킬 수 있는 반면에, 자속누설을 방지하기 어렵고 코깅토크를 감소시키기 어렵기 때문에 코깅토크가 크게 발생할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 코깅토크와 토크리플을 적정하게 최소화할 수 있도록 "A2"의 각도를 90도 내지 100도로 한정함으로써, 본 발명의 영구자석 모터의 회전시 진동 및 소음을 최소화하여 안정된 작동을 도모할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 영구자석 모터를 장착한 세탁기를 도 8을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 8은 본 발명의 회전자 구조를 채용한 듀얼모터 세탁기를 도시한 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 외관을 형성하는 본체; 상기 본체 내부에 구비되는 터브(4000); 상기 터브 내부에 회전 가능하게 장착되는 메인 드럼(5000); 상기 메인 드럼과 상대회전 가능하게 상기 메인 드럼 내부에 장착되는 서브 드럼(6000); 상기 메인 드럼에 연결되는 중공형 아우터 샤프트(8100); 상기 아우터 샤프트의 내부에서 상기 서브 드럼에 연결되는 이너 샤프트(8200); 및 아우터 로터와 이너 로터를 포함하는 구동모터(7000);를 포함하는 세탁기에 있어서, 상기 구동모터는, 고정자티스에 권선이 감겨 고정 설치되는 고정자(20);와 회전자티스(100) 및 영구자석(M)을 포함하여 상기 고정자 내주와 이격 설치되어 자력에 의해 로터축을 중심으로 회전 가동하는 회전자(로터, 10);를 포함하고, 상기 고정자(20)의 외경과 상기 회전자(10)의 외경 비는 0.7 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 회전자 구조를 가지는 세탁기를 제공한다.
그리고, 이에 더하여 상기 회전자티스(100)는 회전자(10) 외경 측부에서 좌우로 측방향 돌출 형성된 티스확장부(110)를 포함하고, 상기 티스확장부 끝단의 높이가 0.3mm 이하이고, 인접하는 회전자티스(100)의 티스확장부(110) 간의 이격거리(DW)가 5.5mm 내지 6.5mm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 회전자티스(100)는, 티스확장부(110)의 외주는 확장직선부(113)를 형성하고, 상기 확장직선부(113)와 티스확장자의 단부에서 회전자의 코어 중심으로의 직선 사이의 각도가 90도 내지 100도로 형성한다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예인 세탁기는 본체에 해당하는 기기의 외형을 구성하는 케비넷(1000)을 구비한다. 상기 케비넷(1000)의 전면에는 세탁 대상물인 의류를 케비넷(1000) 내부로 투입하기 위한 투입구(2000)가 형성된다.
상기 투입구(2000)는 케비넷에 회동가능하게 고정된 도어에 의해 개폐된다. 상기 케비넷의 상측에는 세탁기를 조작하기 위한 각종 조작 버튼이 배치되어 있는 컨트롤 패널(3000)이 위치하고, 상기 컨트롤 패널(3000)의 일측에는 세제 등을 넣을 수 있는 세제공급장치(미도시)가 구비된다.
상기 케비넷(1000)의 내부에 형성되는 수용공간에는 세탁수를 저장하는 원통형의 터브(4000)와, 상기 터브 내부에 회전가능하게 설치되며 세탁대상물이 투입되는 메인 드럼(5000) 및 서브 드럼(6000)이 구비된다. 상기 터브의 후방부에는 상기 메인 드럼 및 서브 드럼을 구동하기 위한 구동모터(7000)가 구비된다.
터브(4000)는 원통형의 구성으로, 내부에 메인 드럼(5000) 및 서브드럼(6000)을 수용할 수 있다. 상기 터브(4000)의 전면은 전술한 케비넷의 개방된 투입구(2000)와 연결되도록 개방되어 있다. 따라서, 상기 터브의 전면부와 케비넷의 투입구 주변을 둘러싸는 개스킷이 터브의 전면부와 케비넷의 투입구 사이에 구비된다. 이는 터브 내부에 수용되는 세탁수가 케비넷 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 구성이다.
메인 드럼(5000)은 상기 터브 내부에 회전 가능하게 장착되는 원통형 구성이다. 상기 메인 드럼(5000)의 측면에는 세탁수가 빠져나갈 수 있는 다수개의 통공이 형성되어 있을 수 있다.
서브 드럼(6000)은 상기 메인 드럼(5000)의 내부에 회전가능하게 장착되는 원통형 구성이다. 여기서 상기 서브 드럼(6000)은 상기 메인 드럼과 상대회전 가능하게 장착된다. 즉, 상기 메인 드럼과 상기 서브 드럼을 상호 독립적으로 구동될 수 있는 구조를 가져서, 각가의 드럼들의 회전속도 및 회전방향에 따라 다양한 상대 회전이 가능하다.
구동모터(7000)는 상기 메인 드럼과 서브 드럼를 구동시키는 구동력을 생성하는 장치로, 상기 터브(4000)의 후방면에 장착된다. 상기 구동모터(7000)는 고정되어 있는 고정자로써 스테이터(7100)와, 상기 스테이터의 외측에서 회전되는 아우터 로터(7200)와, 상기 스테이터의 내측에서 회전되는 이너 로터(7300)를 포함하여 구성된다. 이러한 두 개의 로터를 구비한 구동모터를 편의상 듀얼로터모터(dual-rotor motor)라고 칭할 수도 있다.
여기서 본 발명의 회전자(10)는 상기 듀얼모터 세탁기에 채용되는 듀얼모터에서 아우터 로터(7200) 또는 이너 로터(7300)에 적용될 수 있다. 그러나, 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 회전자(10)는 내측에 중심축을 향해 돌출되어 형성되는 회전자티스와 영구자석으로 이루어지므로 이너 로터(7300)에 적용함이 바람직할 것이다.
상기 스테이터(7100)는 이너 로터(7300)를 둘러싸도록 환형 구조를 가지고 있으며, 상기 터브측에 고정되도록 결합된다. 상기 스테이터는 철심이 적층된 코어에 이너 권선부와 아우터 권선부를 구비한다.
상기 이너 로터(7300)는 상기 스테이터의 내측에 회전가능하게 구비되며, 후술할 아우터 샤프트(8100)에 연결되어 상기 메인 드럼(5000)의 회전에 관여한다. 상기 아우터 로터(7200)는 상기 스테이터의 외측에 회전가능하게 구비되며, 후술할 이너 샤프트(8200)에 연결되어 상기 서브 드럼(6000)의 회전에 관여한다. 상기 이너 로터와 아우터 로터는 마그네트를 구비하여, 상기 구동모터의 이너 및 아우터 권선부에 전류가 인가되면, 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장에 의해 회전하게 된다.
상기 아우터 샤프트(8100)는 상기 터브(4000)를 관통하여 상기 이너 로터(7300)와 메인 드럼(5000)을 연결한다. 상기 아우터 샤프트(8100)는 중공형 축에 해당하여 내부에 상기 이너 샤프트(8200)가 장착된다. 상기 이너 샤프트(8200)는 상기 아우터 샤프트의 내부를 관통하여 상기 아우터 로터(7200)와 서브 드럼(6000)을 연결한다.
상기 아우터 샤프트와 이너 샤프트는 베어링을 사이에 두고 상호 독립적으로 회전가능한 구조를 가지며, 아우터 로터와 이너 로터도 스테이터를 사이에 두고 상호 독립적으로 회전가능한 구조를 가진다. 상기 스테이터는 아우터 로터측과 이너 로터측에 별개의 권선부를 구비하여, 상기 구동모터는 상기 아우터 로터와 이너 로터를 독립적으로 구동시킬 수 있다. 따라서, 상기 메인 드럼은 상기 이너 로터에 의해, 상기 서브 드럼은 상기 아우터 로터에 의해 구동되기 때문에, 상기 구동모터에 의해 상기 메인 드럼과 서브 드럼은 독립적으로 구동될 수 있다.
상기 구동모터(7000)의 이너 및 아우터 권선부의 전류를 각각 제어하게 되면, 상기 이너 로터 및 아우터 로터는 상호 독립적으로 회전하게 된다. 그에 따라, 상기 메인 드럼(5000)과 서브 드럼(6000)은 하나의 구동모터(7000)에 의해 상호 독립적인 회전이 가능하게 된다. 즉, 상기 구동모터는 상기 메인 드럼과 상기 서브 드럼을 독립적으로 구동시킨다. 상기 구성의 측면은, 구동모터에 의해 메인 드럼과 서브 드럼을 독립적으로 구동시켜 드럼들 사이의 상대회전속도차이에 의해 세탁대상물에 회전을 유발할 수 있도록 하여, 세탁 대상물이 드럼 내부에서 회전되며 입체적인 유동이 발생하도록 한다.
앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 영구자석 모터 및 이를 이용한 세탁기를 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
10 : 회전자(로터) 20 : 고정자(스테이터)
21 : 고정자티스 23 : 고정자슬롯
30 : 로터코어부(회전축) 40 : 부싱
M : 영구자석(마그네틱) 100 : 회전자티스
110 : 티스확장부 103 : 티스 외단부
113 : 확장직선부
DH : 티스확장자 높이 DW : 인접한 티스확장자 간 거리
A1 : 회전자티스 전기각 A2 : 확장직선부 각도
1000 : 본체(케비넷) 2000 : 투입구
3000 : 컨트롤 패널 4000 : 터브
5000 : 메인 드럼 6000 : 서브 드럼
7000 : 구동모터 7100 : 스테이터(고정자)
7200 : 아우터 로터 7300 : 이너 로터
8100 : 아우터 샤프트 8200 : 이너 샤프트
9100 : 메인 드럼 스파이더 9500 : 서브 드럼 스파이더

Claims (7)

  1. 고정자티스와 고정자슬롯을 포함하고 코일이 권선되어 고정 설치되는 고정자;
    회전자티스, 영구자석 및 부싱을 포함하고 상기 고정자 내주와 이격 설치되어 자력에 의해 로터축을 중심으로 회전 가동하는 회전자;를 포함하고,
    상기 고정자의 외경과 상기 회전자의 외경 비는 0.7 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자티스는 회전자 외경 측부에서 좌우로 측방향 돌출 형성된 티스확장부를 포함하고,
    상기 티스확장부 끝단의 높이가 0.3mm 이하이고,
    인접하는 회전자티스의 티스확장부 간의 이격거리(DW)가 5.5mm 내지 6.5mm 인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전자티스의 외경단부는,
    회전자티스의 전기각이 60도로 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 모터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전자티스는,
    티스확장부의 외주는 확장직선부를 형성하고,
    상기 확장직선부와 티스확장자의 단부에서 회전자의 코어 중심으로의 직선 사이의 각도가 90도 내지 100도인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터.
  5. 외관을 형성하는 본체; 상기 본체 내부에 구비되는 터브; 상기 터브 내부에 회전 가능하게 장착되는 메인 드럼; 상기 메인 드럼과 상대회전 가능하게 상기 메인 드럼 내부에 장착되는 서브 드럼; 상기 메인 드럼에 연결되는 중공형 아우터 샤프트; 상기 아우터 샤프트의 내부에서 상기 서브 드럼에 연결되는 이너 샤프트; 및 아우터 로터와 이너 로터를 포함하는 구동모터;를 포함하는 세탁기에 있어서,
    상기 구동모터는, 고정자티스에 권선이 감겨 고정 설치되는 고정자;와 회전자티스 및 영구자석을 포함하여 상기 고정자 내주와 이격 설치되어 자력에 의해 로터축을 중심으로 회전 가동하는 회전자(로터);를 포함하고,
    상기 고정자의 외경과 상기 회전자의 외경 비는 0.7 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 회전자 구조를 가지는 세탁기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전자티스는 회전자 외경 측부에서 좌우로 측방향 돌출 형성된 티스확장부를 포함하고,
    상기 티스확장부 끝단의 높이가 0.3mm 이하이고,
    인접하는 회전자티스의 티스확장부 간의 이격거리(DW)가 5.5mm 내지 6.5mm 인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 회전자 구조를 가지는 세탁기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전자티스는,
    티스확장부의 외주는 확장직선부를 형성하고,
    상기 확장직선부와 티스확장자의 단부에서 회전자의 코어 중심으로의 직선 사이의 각도가 90도 내지 100도인 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 회전자 구조를 가지는 세탁기.
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